谈我国水田拖拉机问题 [复制链接]

第5版()
专栏：

谈我国水田拖拉机问题
邵耀坚
实现水稻田耕作机械化，必须解决水田动力、耕地、整地、播种插秧、中耕施肥、排灌、收获等一系列水稻生产过程的机械问题。其中水田动力——拖拉机下水田的问题尤应先行解决；因为只有水田有了动力，才能更好地带动各种农业机械作业。
在党的重视和正确领导下，我国南方水田机械化事业和拖拉机下水田作业有了较大规模的开展。据不完全的资料，我国江西、广东、湖南、浙江、江苏、广西等省区，近几年来拖拉机下水田作业面积，逐年都有增加。但对于我国四亿多亩水稻田面积来说，这还仅仅是个开端。
尽管目前我们还只是把旱地拖拉机的行走机构加以改装，但已在几十种牌号的拖拉机中，通过严峻的生产考验和研究试验，选出适应于水田作业的拖拉机型号（如丰收—27、丰收—35、丰收—37等），设计和创造出适应于水田作业的行走机构（如5号叶轮，61—D叶轮等），使牵引效率提高到百分之五十六，已接近旱地水平，基本上满足水田耕耙播种等作业需要。根据拖拉机研究所及其他研究单位对国外知名的沼泽地拖拉机或水田拖拉机及行走机构（如宽链轨拖拉机和半链轨拖拉机的胶轮附网格铁轮，胶轮附活动铁轮、防滑齿等）所进行的试验，已证明这些拖拉机及行走机构并不适应于我国水田工作。它们在我国水田所表现牵引效率、牵引特性及其他性能并不理想。
由此体会，现成的完全适合于我国南方水稻田用的拖拉机是没有的，水田拖拉机必须由我们自己努力，通过不断的实践和理论上的总结提高，逐步改进创造出来。
对水田拖拉机的一些认识
经过多年来的拖拉机下水田的实践，我们对水田拖拉机有以下一些认识：
1、一般旱地拖拉机下水田的表现。
重量较大的拖拉机下到水田，它的轮子或链轨必然陷入水田土壤中，陷深达十五到三十五厘米。拖拉机在水田行驶时，就在水田中形成辙沟，其宽度与行走部分宽度相当，过宽过深都会影响作业的质量。水田土壤还粘结附着并堆积在行走机构各处，形成积泥。
行走部分的陷下和积泥使运动阻力大为增加，使发动机功率的大部分消耗在运动阻力上面。
拖拉机在旱地通常靠地面土壤和行走机构间的磨擦及反作用力来推进。但在水田中，由于塑性半塑性水田土壤磨擦系数和承重、剪切能力的减小，使行走机构所发挥的有效反作用力及推进作用相应减少。加上运动阻力的增加、陷下，积泥的影响，形成驱动轮或链轨在水田的打滑。打滑时拖拉机推进缓慢，甚至不能推进而无法进行工作。严重打滑时，行走部分把土壤挖起，加深沉陷，甚至使整个拖拉机陷入水田，难以动弹。
此外，拖拉机在水田还表现转向费力，不能转小半径弯；机体前后左右陷深不同的纵横向不平衡，工作时机头上翘等情况，造成作业困难。
值得注意的是：上述表现是相互影响，相互制约的。必须全面深入分析，才能合理解决。
2、对水稻田一些特性的认识。
水稻田经常浸着水。水稻土的含水量一般较大，其表层常处于含水饱和状态。含水量大的土壤属半塑性——半弹性物质，而含水饱和状态的土壤则呈塑性；同旱地土壤比较，它所能承受的垂直载荷和剪切能力大为减弱，与其他物体间的磨擦系数小，而粘结附着性能则很大。可以概括地说，水田土壤是湿、软、粘滑、泥泞的。
浸水、湿软、粘滑、泥泞的水田土壤，一方面固然给拖拉机的推进及行驶以一定困难，但另一方面塑性、半塑性土壤耕层的承载和剪切能力的显著减小，使水田土壤耕地阻力（或其他作业阻力）比旱地小，这却是一个有利条件。例如，水稻田旱耕时的耕地比阻（每平方厘米耕地截面积的牵引阻力）平均为0．4—0．9公斤／平方厘米，而水稻田水耕时的耕地比阻却只有0．2—0．4公斤／平方厘米。这就是说，如果拖拉机在水田所能发挥的牵引力及牵引效率同在旱地所能发挥的相接近或相差不远（根据试验测定，目前叶轮拖拉机在水田所能发挥的有效牵引力约为九百五十公斤，牵引效率达百分之四十五到百分之五十六；而同样的胶轮拖拉机在旱地能发挥的有效牵引力约为一千零五十公斤，牵引效率约达百分之五十六至百分之六十），则拖拉机耕水田仍将具有比较良好的效果，水耕将比旱耕省力、轻快和经济。
其次，水稻土由于沉积作用、季节性的干湿交替过程、作物根系和栽培措施中有机质与土壤的结合及其他物理、化学的作用，而自然形成层次。水稻田在浸水状态下，层次一般可分为：有水层、土浆层、耕作层及硬底层。其中表面的水、土浆层呈流质状态；耕作层呈塑性或半塑性，约厚十至二十厘米，与历年耕深有关；硬底层则属相当强固的半弹性固体。如何充分发挥各层土壤的作用以设计合理的水田拖拉机行走机构，是一个相当复杂的任务。目前，水田叶轮拖拉机利用硬底层来发挥较大的反作用力和推进力去推进拖拉机，并克服作业机具在耕作层所遇到的阻力，已取得一定成效。水稻土表面的水、土浆层支承重量很微，塑性—半塑性耕作层支承重量作用一般不大。据试验，装上轮缘宽为十厘米或五十厘米的轮子的拖拉机下到水田，二者的陷下深度差异不大，都搁在深度大致相同而支承重量能力显著增加的硬底层上，甚至接地面积（长度和宽度）很大的链式拖拉机陷深也是大致如此。这说明，支承拖拉机重量并发挥反作用力来推动拖拉机前进及作业的，主要是硬底层。为了适应水田工作，轮缘不必过宽，过宽只会增加前进阻力，形成较宽较深的辙沟，影响作业质量。
目前世界各国（如苏联、英国、美国）解决行走机构在水田、沼泽地及松软土壤上通过的途径，比较普遍采用加宽链轨、加宽驱动轮、附加加宽铁轮等方案，即减少行走机构对土壤的单位面积压力，使行走机构“浮”在上面土层的方法，来发挥推进力。我国叶轮拖拉机则采用适当的“沉陷”，让行走机构接触硬底层来支承机重并发挥推进力。
3、对水田行走机构运动学性质的一些认识。
拖拉机在水田中的表现尽管比较复杂，但从运动学角度来分析，则主要是一个滑转问题，即行走机构转动，能不能行走推进的问题。因此，研究行走机构在水田中具有滑转的运动，是探究水田拖拉机的重要环节。
目前，通过对水田叶轮运动学的研究，已初步确定叶轮在水田的实际滚动半径与滑转的关系，找出滑转的叶轮在水田滚动时的瞬时中心位置。并发现，如果要轮子在水田作合理的水平匀速运动，其滚动半径及瞬时中心位置必须维持一定。只有通过运动学去推导出叶轮轮缘直径，轮叶倾斜角，轮叶曲轮、长度等参数，从而使叶轮在水田滚动时其滚动半径及瞬时中心位置维持一定，才能较符合规律地运动。
各种行走机构在水田都有其固有的运动特点，值得进一步认真研究。
4、水田行走机构的动力学性质的认识。
国外学者对拖拉机行走机构和土壤间的动力学的关系进行了大量研究。我国拖拉机研究所及吉林工业大学等单位也进行了研究。
行走机构动力学主要研究行走器在一定重量和负荷下对下陷深度、滚动阻力、推进力和牵引效率的影响，显然，它们都与水田土壤的机械物理性质有密切关系。
从动力学的角度考虑，行走机构在水田的各种错综复杂的矛盾都归结在陷深上。拖拉机在水田的陷深对滚动阻力、推进力及牵引效率的影响是最根本的影响。目前，已初步通过试验明确：叶轮轮缘比轮叶有较主要的支承重量作用，因此轮缘应有一定宽度（例如十到十五厘米），以保持叶轮在水稻土硬层上的适当沉陷，而辙沟及滚动阻力不大。轮缘及轮叶与水稻土壤间的磨擦力对推进作用较小，在水稻田，推进力主要由轮叶与土壤啮合接触反作用压力所产生；由于轮叶设计得合理，使叶轮在水田的附着系数提高到1．45（即每吨叶轮载荷重量所产生最大推进力为1．45吨）；而一般胶轮式拖拉机在旱地的附着系数最高不超过0．8，链轨拖拉机在旱地的附着系数也不过1．2。这说明，一般依靠拖拉机重量及行走轮与土壤间的磨擦力为主来发挥推进作用的轮式拖拉机推进原理，在水田因不能发挥足够的推进力而不适用。水田轮式拖拉机必须摆脱重量——磨擦力——推进力关系，而代以减轻重量，依靠啮合反作用力为主，磨擦力为辅，以提高推进力。
对水田拖拉机发展方向的一些看法
1、水田拖拉机的技术要求。
水田拖拉机首先应满足水稻生长的农业技术要求。这说明水田拖拉机究竟和“水陆战车”不同，它除了要求顺利通过水田之外，还必须避免把水稻田弄糟，尽量避免破坏水稻田土层，在田中少留辙沟，在地头转弯处影响水稻田整地质量不大，保证各种农业机具的作业质量。
其次，水田拖拉机应具备合适的行走机构，以便在水田工作时发挥优越的牵引特性和牵引效率，滚动阻力较小，构造简单而不易磨损。
水田拖拉机应具有良好动力性能和经济性能，如马力合适，重量宜适当地轻，燃油耗低，零件不易磨损。
水田拖拉机应具有良好的操纵性能和通过性能。为此，机型尺寸宜小，带悬吊式农具，转弯半径不大，以便在小块水田中灵活工作，能越过一般水稻田的田埂及沟垅，顺利通过道路，并应备有防陷设备。它在水田应有良好的工作稳定性，重心宜低，纵横向的稳定性及对前后轮的重量分配要合适。
还应考虑水田拖拉机驾驶员在水稻田操作的劳动条件。应设有蔽日的敞篷，以及避免泥水飞溅的装置。
最后，最好能使拖拉机水旱两用，用一套拖拉机来解决水稻田的水旱耕（夏、冬耕），以减小拖拉机站和机械农场的投资。
2、轮式拖拉机与链式拖拉机的比较。
拿下水田作业表现较好的丰收—35轮式拖拉机同东方红—54或德特—55链式拖拉机的性能比较，说明轮式拖拉机比链式拖拉机较有前途：轮式拖拉机在一般田块不大的水稻田，表现为转弯半径小，空行时间率较小，轻巧灵活，辙沟不显著，耕耙播等作业质量较好，较适应于水田。从生产实践来看，装上叶轮的丰收—35（三十五马力）拖拉机，尽管马力比东方红—54（五十四马力）小，但其生产率（如每小时耕地近八亩）却超过东方红—54约一倍（每小时仅耕地四点一亩，而且作业质量还很差）；作业时的油耗和成本也低一半，没有行走机构磨损问题，说明叶轮拖拉机在水田有较良好的经济性。从试验性能来分析，则可见叶轮拖拉机在牵引效率、滚动阻力损失、牵引力和附着系数等主要性能方面，都比链式拖拉机有较好的表现。
3、当前存在的问题。
传动部分的齿轮及其他零件，容易打坏和磨损。这需要大力加强易损零件及结构的强度，减小零件所受扭矩，减小限制农机具在水田作业的牵引阻力。
轮式拖拉机在水田的个别地点陷车，对作业的正常运转有很大影响。看来，适当减轻机重，在拖拉机上加设合适的滑板，或其他简单绞盘，是个解决办法。
叶轮行走机构在硬路上行走困难及不能水旱两用。对此目前广东农业机械研究所对叶轮加装可卸的硬路行走圈，拖拉机研究所设计的61—特式叶轮，已有一定成效。看来，橡胶叶轮轮胎、橡胶—钢板叶轮是会有前途的。